背景：急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）是多因素的，可由膿毒癥、創(chuàng)傷或肺炎等原發(fā)性疾病引起。它是危重病人死亡的主要原因之一，據(jù)報(bào)道死亡率高達(dá)45%。本研究的重點(diǎn)是建立煙霧吸入誘導(dǎo)ARDS的大型動(dòng)物模型，以期為科學(xué)界提供可靠、可重復(fù)的孤立性毒性吸入損傷誘導(dǎo)的ARDS大型動(dòng)物模型。方法：全身麻醉下在超聲引導(dǎo)下放置頸動(dòng)脈、肺動(dòng)脈和股動(dòng)脈導(dǎo)管后，動(dòng)物（n = 21）暴露于煙霧中 1 至 2 小時(shí)。在整個(gè)過程中監(jiān)測(cè)外周血氧飽和度（SpO2）、生命體征和呼吸參數(shù)。在煙霧暴露之前、期間和之后采集胸部x光片、頸動(dòng)脈、股動(dòng)脈和肺動(dòng)脈血樣。吸入煙霧48小時(shí)后，對(duì)動(dòng)物實(shí)施安樂并收集肺組織進(jìn)行分析。結(jié)果：吸入煙霧48小時(shí)后，動(dòng)物出現(xiàn)ARDS，表現(xiàn)為SpO2下降約31%，PaO2/FiO2比率下降約208（50%），胸部x光檢查出現(xiàn)雙側(cè)彌漫性浸潤。結(jié)論：這項(xiàng)研究報(bào)道了一種新大動(dòng)物模型，該模型不存在諸如皮膚燒傷等混雜變量，可用于獨(dú)立性煙霧吸入誘導(dǎo)ARDS。使用這種*的模型可能有助于研究吸入性損傷的病理生理學(xué)或開發(fā)新的治療方法。

簡介：急性呼吸窘迫綜合征 (ARDS) 是危重患者的嚴(yán)重肺部疾病，據(jù)報(bào)道死亡率為 30-45%。 自 1994 年以來，死亡率沒有顯著變化。 ARDS 可由多種肺部直接和間接損傷引起，包括敗血癥、外傷、肺炎和煙霧吸入/燒傷。 了解ARDS的病理生理學(xué)和分子機(jī)制對(duì)于開發(fā)新的ARDS治療策略至關(guān)重要。柏林標(biāo)準(zhǔn)基于PaO2/FiO2（動(dòng)脈氧分壓/吸入氧分?jǐn)?shù)）比值、呼氣末正壓（PEEP）水平、胸部x光片上雙側(cè)肺浸潤的發(fā)展以及已知臨床損傷一周內(nèi)正常的肺毛細(xì)血管楔壓（PCWP）對(duì)ARDS進(jìn)行分類。據(jù)報(bào)道，ARDS 中的肺損傷經(jīng)歷三個(gè)病理生理階段：滲出期涉及肺泡上皮損傷，導(dǎo)致肺通透性增加；增殖期包括Ⅱ型細(xì)胞增殖、上皮細(xì)胞再生、成纖維細(xì)胞反應(yīng)和重塑；以及不可逆的纖維化期，包括肺中的膠原沉積。為了了解ARDS的發(fā)展，能夠模擬這些病理生理階段的可靠動(dòng)物模型至關(guān)重要。先前的研究使用小鼠模型評(píng)估 ARDS 受控誘導(dǎo)后的肺氣體交換和呼吸生理學(xué)。然而，這些小鼠模型在誘導(dǎo)機(jī)械通氣和采集血樣方面存在局限性，因此不適用于模擬 ARDS 臨床表現(xiàn)所必需的研究。據(jù)報(bào)道，大型動(dòng)物模型在 ARDS 研究中顯示出更好的轉(zhuǎn)化潛力。 由于在解剖學(xué)、遺傳學(xué)和生理學(xué)方面與人類相似，豬模型被認(rèn)為是肺部病理學(xué)的模型。 各種研究使用豬模型來研究肺發(fā)育、急性肺損傷 (ALI)/ARDS 和其他疾病。煙霧吸入是燒傷后發(fā)生ARDS的主要原因之一，死亡率約為30-90%。有幾種大型動(dòng)物模型可用于煙霧/燒傷誘導(dǎo)的ARDS。然而，目前還沒有合適的大動(dòng)物模型可用于研究孤立性煙霧吸入誘導(dǎo)的ARDS，而不存在諸如皮膚燒傷等混雜變量。煙霧吸入性損傷后ARDS的發(fā)生率因患者而異，并取決于多個(gè)變量，如顆粒物濃度、一氧化碳濃度、煙霧中的揮發(fā)性化合物等。煙霧吸入性損傷是導(dǎo)致室內(nèi)火災(zāi)中人類急性肺損傷/ARDS的主要損傷；皮膚燒傷的存在/不存在在患者的整體病理生理學(xué)中起著附加作用，這使該患者群體的醫(yī)療和外科治療變得非常復(fù)雜。

動(dòng)物：母豬 (約50 kg, n?=?21)據(jù)我們所知，與公豬相比，母豬對(duì)ARDS的易感性并不高。我們的研究合作者先前僅使用母豬通過氣管內(nèi)脂多糖開發(fā)了嚴(yán)重ARDS的豬模型，在當(dāng)前研究中使用母豬部分原因是通過對(duì)比肺損傷評(píng)估其模型的可靠性和再現(xiàn)性。

煙霧輸送系統(tǒng)：完成所有外科手術(shù)后，將動(dòng)物暴露于定制煙霧發(fā)生器產(chǎn)生的橡木煙霧中，該煙霧發(fā)生器與氣管插管并聯(lián)。煙霧輸送系統(tǒng)的示意圖如圖1所示。

外科手術(shù)：肌肉注射替拉唑（4.4 mg/kg）、氯酮（2.2 mg/kg）和甲苯噻嗪（2.2 mg/kg）的混合物來對(duì)動(dòng)物進(jìn)行誘導(dǎo)麻醉，根據(jù)需要靜脈推注芬尼（0.05 mg/kg）和/或異丙酚（2-4.4 mg/kg），后實(shí)施外周靜脈導(dǎo)管（PIV）放置和氣管內(nèi)插管。在吸入煙霧之前以及吸入煙霧后24和48小時(shí)拍攝胸部x光片。將氣管插管插入氣管，以 6 mL/kg 的潮氣量 (TV) 和 5 cmH2O 的 PEEP 對(duì)動(dòng)物進(jìn)行通氣。調(diào)整呼吸頻率（RR）以維持潮氣末二氧化碳（ETCO2）監(jiān)測(cè)的正常呼吸。在外科手術(shù)（中心靜脈和動(dòng)脈導(dǎo)管放置）期間，吸入氧的分?jǐn)?shù) (FiO2) 設(shè)置為 50%，然后滴定至 21% 并在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中保持不變。在手術(shù)過程中，使用50%的FiO2減輕動(dòng)物的應(yīng)激，持續(xù)30-40分鐘。非侵入性監(jiān)測(cè)包括通過放置在動(dòng)物后腿周圍的袖帶測(cè)量血壓、通過Surgivet監(jiān)護(hù)儀記錄的外周血氧飽和度（SpO2）、心率（HR）和ETCO2。通過直腸探頭監(jiān)測(cè)核心溫度，并使用循環(huán)加熱毯來防止身體冷卻。使用無菌技術(shù)和超聲引導(dǎo)，放置頸動(dòng)脈（CA）和股動(dòng)脈（FA）導(dǎo)管，用于連續(xù)實(shí)驗(yàn)室抽血和有創(chuàng)血壓監(jiān)測(cè)。 在超聲引導(dǎo)下，將肺動(dòng)脈導(dǎo)管置入頸內(nèi)靜脈。CA和PA接入端口分別通過傳感器連接至Surgivet監(jiān)視器和Vigilance II監(jiān)視器。在整個(gè)研究過程中監(jiān)測(cè)有創(chuàng)動(dòng)脈血壓、中心靜脈壓（CVP）、肺動(dòng)脈壓（PAP）、心輸出量（CO）、混合靜脈血氧飽和度（SmvO2）和中心（核心）溫度。從CA、FA和PA導(dǎo)管中抽取血樣。對(duì)存活手術(shù)中的鎮(zhèn)靜/麻醉動(dòng)物進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，直到恢復(fù)胸骨臥位。完成吸入煙霧后，移除所有導(dǎo)管。 在吸入煙霧后 48 小時(shí)重復(fù)外科手術(shù)操作。

煙霧吸入：完成外科手術(shù)后，SI 組的動(dòng)物通過氣管插管接觸來自定制煙霧室的橡木煙霧。 從 0 小時(shí)時(shí)間點(diǎn)開始，煙霧暴露的持續(xù)時(shí)間為 1 至 2 小時(shí)。 煙霧是在室溫下以受控方式產(chǎn)生的。本研究中未測(cè)量煙霧密度/顆粒負(fù)荷。吸入的煙霧量約為每小時(shí)500升。在實(shí)驗(yàn)過程中持續(xù)監(jiān)測(cè)有創(chuàng)和無創(chuàng)參數(shù)。接觸煙霧后，從動(dòng)脈端口和 PAC 收集血樣。持續(xù)監(jiān)測(cè)動(dòng)物直至從全身麻醉中恢復(fù)。 如果動(dòng)物出現(xiàn)血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定（通過低血壓（收縮壓低于 60）和不可逆的去飽和度決定），則立即停止煙霧接觸。

通氣參數(shù)：在吸入煙霧當(dāng)天，呼機(jī)參數(shù)保持在以下值：潮氣量，6 mL/kg = 270-360L/min； 呼吸頻率，18-30次/分鐘； PEEP 5 毫米汞柱； 和 FiO2，21–34%。 在煙霧吸入損傷后的 48 小時(shí)內(nèi)，將動(dòng)物拔管并保持在室內(nèi)空氣中。在煙霧吸入性損傷后48小時(shí)，再次將動(dòng)物置于呼機(jī)上，重復(fù)導(dǎo)管放置的手術(shù)程序，完成系列實(shí)驗(yàn)室、成像和BAL取樣，并根據(jù)IACUC協(xié)議對(duì)動(dòng)物進(jìn)行人道安樂。在研究的一天，呼機(jī)參數(shù)與吸入煙霧當(dāng)天相似，只是將 PEEP 保持在 0。

術(shù)后動(dòng)物監(jiān)測(cè)和護(hù)理：從手術(shù)麻醉中恢復(fù)后，將所有動(dòng)物轉(zhuǎn)移到術(shù)后恢復(fù)圍欄，并由經(jīng)過培訓(xùn)的人員每天24小時(shí)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在終煙霧暴露后24小時(shí)和48小時(shí)，進(jìn)行胸部x光檢查并抽取血樣進(jìn)行ABG分析。

支氣管肺泡灌洗 (BAL)：在一組6只插管動(dòng)物中，使用支氣管鏡在基線、2小時(shí)和48小時(shí)的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行豬肺BAL。通過支氣管鏡向二級(jí)和三級(jí)支氣管注入10ml無菌生理鹽水，并收集5毫升液體進(jìn)行分析。BAL液體樣品在4°C下以400g離心10分鐘，上清液儲(chǔ)存在? 80°C，直到分析。

結(jié)果：研究分為兩個(gè)階段。研究的階段旨在確定ARDS發(fā)生所需的煙霧暴露時(shí)間。如圖 2 中的流程圖所示，根據(jù)煙霧吸入時(shí)間對(duì)動(dòng)物進(jìn)行劃分。 吸入煙霧 1 小時(shí)為“SI 1 h"（n = 3），吸入煙霧 2 小時(shí)為“SI 2 h" "（n = 18）。15 只動(dòng)物成功完成煙霧吸入 (SI) 實(shí)驗(yàn)并在接觸煙霧后 48 小時(shí)存活，6 只動(dòng)物在手術(shù)過程中因麻醉/手術(shù)并發(fā)癥或煙霧吸入相關(guān)并發(fā)癥死亡。

煙霧吸入降低大動(dòng)物模型外周血氧合：在煙霧吸入實(shí)驗(yàn)當(dāng)天以及煙霧吸入后24小時(shí)和48小時(shí)連續(xù)測(cè)量SpO2水平。吸入煙霧1小時(shí)或2小時(shí)后，兩組的SpO2水平約為95%，并在吸入煙霧后24小時(shí)開始下降。然而，與基線 (98 ± 2%) 和 SI 1 h 組相比，SI 2 h 組的 SpO2 水平在吸煙后 48 小時(shí) (68 ± 6%) 顯著下降。與SI 1h組的10%相比，SI 2h組的δSpO2（ΔSpO2）值降低了約30%。此外，與基線值和SI 1h組相比，在煙霧暴露48小時(shí)后，SI 2h組的PaO2/FiO2比率約降低至193.4。這些結(jié)果表明，在暴露于煙霧后 48 小時(shí)，吸入煙霧 2 小時(shí)的動(dòng)物表現(xiàn)出呼吸窘迫的跡象，表現(xiàn)為 SpO2 值下降到 68% 以下，并表明肺有損傷。在剩下的研究中，我們集中在煙霧暴露持續(xù)時(shí)間的2小時(shí)時(shí)間點(diǎn)，并重復(fù)實(shí)驗(yàn)以確保該模型的再現(xiàn)性。將動(dòng)物暴露于煙霧中2小時(shí)，為“SI"動(dòng)物。我們觀察到與基線值相比，SpO2下降了22–40%。此外，與相應(yīng)的基線值相比，動(dòng)脈和混合靜脈血氧飽和度（SaO2和SmvO2）降低了約39–43%。

煙霧吸入誘發(fā)低氧血癥的大動(dòng)物模型：在整個(gè)研究過程中，從動(dòng)脈和混合靜脈血樣本中測(cè)量了動(dòng)脈血?dú)?(ABG)。動(dòng)脈氧分壓（PaO2）水平在煙霧暴露后1小時(shí)開始下降，并在煙霧暴露后48小時(shí)從基線值95 mmHg顯著下降至43 mmHg。正如預(yù)期的那樣，二氧化碳分壓 (PaCO2) 水平升高，ΔPaCO2 值與基線值相比增加了 27.5 ± 2.34 mmHg。吸入煙霧后 48 小時(shí)，pH 值也顯著降低，HCO3 水平?jīng)]有顯著變化。與吸入煙霧后的PaCO2值升高一致，潮氣末CO2（ETCO2）——測(cè)量氣管插管呼出的CO2濃度——從基線值33.9 ?±?12.8 mmHg顯著增加至吸入煙霧48小時(shí)后的52.63 ?±? 13.5 mmHg。

先前的研究記錄了 PaO2/FiO2 比值以評(píng)估動(dòng)物模型中的低氧血癥水平。還證明，在煙霧暴露48小時(shí)后，PaO2/FiO2比率顯著降低（198.87?±?37.13），其中40%的動(dòng)物的值小于170。基線和煙霧暴露后48小時(shí)ΔPaO2/FiO2值之間的差值約為208。此外，與基線相比，吸入煙霧48小時(shí)后紅細(xì)胞壓積（Hct）、血紅蛋白（Hb）和氧合血紅蛋白分?jǐn)?shù)（FO2Hb）值降低。與相應(yīng)的基線值相比，吸入煙霧后 48 小時(shí)，血液的總動(dòng)脈氧含量 (CaO2) 和混合靜脈氧含量 (CmvO2) 也顯著降低。心率（HR）、體溫（Temp）、平均動(dòng)脈壓（MAP）和肺動(dòng)脈壓（PAP）無明顯變化。

煙霧吸入對(duì)肺實(shí)質(zhì)的影響：據(jù)報(bào)道，吸入煙霧會(huì)增加毛細(xì)血管滲漏。與先前的研究一致，我們?cè)跓熿F損傷后48小時(shí)，通過胸部x光片對(duì)肺損傷進(jìn)行反復(fù)放射學(xué)評(píng)估，觀察到彌漫性雙側(cè)浸潤。相比之下，吸入煙霧前拍攝的胸部x光片顯示兩個(gè)肺都正常。與對(duì)照動(dòng)物組相比，煙霧暴露48小時(shí)后肺組織的組織學(xué)檢查顯示白細(xì)胞浸潤、肺泡內(nèi)出血和肺泡水腫的數(shù)量增加。與對(duì)照動(dòng)物相比，煙霧暴露 48 小時(shí)后肺組織的平均濕干重 (W/D) 比有所增加。在兩個(gè)對(duì)照組和兩個(gè)煙霧吸入動(dòng)物的石蠟包埋肺組織切片中進(jìn)行Ki67免疫組織化學(xué)。與對(duì)照組動(dòng)物相比，吸入煙霧后48小時(shí)的動(dòng)物肺組織切片顯示增殖細(xì)胞數(shù)量在統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著減少。，從6只動(dòng)物采集的BAL液樣本顯示，與基線相比吸入煙霧48小時(shí)后BAL液的總蛋白濃度顯著增加。

煙霧吸入對(duì)IL-6表達(dá)水平的影響：與基線水平相比，暴露于煙霧后48小時(shí)，BAL液樣本中的IL-6水平顯著升高，2小時(shí)時(shí)略有升高。10只動(dòng)物血漿樣本中的IL-6免疫分析也表明，吸入煙霧2小時(shí)后，SI動(dòng)物的IL-6水平較基線顯著升高。與對(duì)照組動(dòng)物相比，吸入煙霧后48小時(shí)，SI動(dòng)物肺組織裂解物免疫印跡中IL-6表達(dá)水平顯著上調(diào)，進(jìn)一步驗(yàn)證了BAL液和血漿樣本免疫分析中IL-6表達(dá)水平的增加。

結(jié)論：開發(fā)了一種新型的大型動(dòng)物隔離煙霧吸入誘導(dǎo)的 ARDS 模型，該模型模擬人類 ARDS，并且沒有皮膚燒傷或腹內(nèi)膿毒癥等混雜變量。該模型將有助于更好地了解煙霧吸入誘發(fā) ARDS 過程中涉及的病理生理機(jī)制，并有助于開發(fā)新的治療策略。

原文出自：A novel large animal model of smoke inhalation-induced acute respiratory distress syndrome | SpringerLink

來源：Respiratory Research volume 22, Article number: 198 (2021) Published: 07 July 2021 作者：李曉菲譯